摘 要:针对金塘大桥海工混凝土所处环境的特点,采用大掺量粉煤灰配制灌注桩海工混凝土。试验结果表明,大掺量粉煤灰海工混凝土的工作性、力学性能良好,所确定的配合比使混凝土既能满足耐久性要求,又能满足低成本要求,在金塘大桥工程施工中得到比较成功的应用。关键词:大掺量粉煤灰;海工混凝土;灌注桩中图分类号:TV37513 文献标识码:B 文章编号:1005-8249(2007)06-0015-03收稿日期:2007-04-121工程概况 金塘跨海大桥横跨杭州湾海域,全长36km,其中西通航孔桥主墩桩基础34根,桩径200cm,桩长110m,边墩桩基础20根,桩径200cm,桩长90m,混凝土等级为C35。混凝土设计为大流动度耐久性海工混凝土,应具有良好的可泵性和较长凝结时间,在满足强度的条件下达到高耐久性要求。本文根据《金塘大桥海工混凝土耐久性技术规程》和海上施工的实际情况,采用大掺量粉煤灰配制的灌注桩海工混凝土,通过优化混凝土材料组成,研究混凝土的工作性、力学性能、抗氯离子渗透及其他性能,从而达到设计、施工工艺和经济的要求。2 灌注桩混凝土配合比设计思路与技术措施2.1 设计思路 为了保证灌注桩混凝土有足够的良好工作性能、强度和耐久性能,使其能承受上部结构的各种外力和不同因素的影响,混凝土应达到如下要求:(1)混凝土拌和物必须具有良好的粘聚性能,不产生或少产生离析现象;(2)混凝土必须具有一定的流动性,由混凝土本身重量自动流平来完成混凝土的平整和密实;(3)由于灌注桩混凝土是在水下施工和凝结硬化,必须保证混凝土获得足够的强度;(4)混凝土在施工后凝结硬化,并长期承受各种荷载作用和其它因素的影响,因此除强度满足要求外,还必须考虑耐久性能,如抗氯离子渗透性、耐蚀性等。2.2 技术措施 为配制符合设计和施工要求的灌注桩海工混凝土,主要采取以下技术措施:(1)控制原材料质量:砂、石材料的含泥量与泥块含量要求严格,石子的最大粒径控制在25mm,砂子采用中粗砂,水泥的碱含量控制在0.6%以下。(2)采用聚羧酸高效减水剂:控制混凝土的水胶比,减少坍落度的经时损失,延缓混凝土的凝结时间,混凝土含气量控制在4%～6%,保证混凝土具有适宜的粘度、较大的流动性、不离析和适宜的凝结时间等优良施工性能。(3)控制胶材种类和用量:混凝土胶凝材料用量为430～450kgm3,采用大掺量的粉煤灰和矿粉。矿物掺合料在混凝土中微集料作用,参与胶凝材料的水化反应,降低了水胶比,改善水泥浆的质量,提高混凝土抗氯离子渗透性能。3 试验原材料与方法3.1 试验原材料 试验原材料包括:宁国海螺P.II42.5水泥、谏壁I级粉煤灰、芜湖朱家桥S95级矿粉、中砂(细度模数2.63,表观密度2.64gcm3)、碎石(5cm～25mm连续级配,表观密度2.63gcm3)、聚羧酸减水剂(减水率≥25%)、自来水。3.2 试验方法 依据《普通混凝土拌合物性能试验方法》GBJ80-85进行混凝土拌合物性能试验,依据《普通混凝土力学性能试验方法》GBJ80-85进行混凝土力学性能试验。 倒坍落筒流出时间法 海工混凝土由于粘性大,仅用坍落度和扩展值等难以表征其流动性,这时结合倒坍落筒流出时间显得尤为重要。方法是将坍落筒倒置,底部封盖装满混凝土并抹平(一般倒置坍落度筒,底部离地50cm为宜),迅速滑开底盖,用秒表记录混凝土流空时间,时间越长代表混凝土粘度越大。 氯离子渗透试验 混凝土抗氯离子渗透试验参照混凝土抗氯离子扩散系数快速测定的RCM法进行。按照该方法测得混凝土中氯离子非稳态快速迁移扩散系数。4 试验结果与分析 试配灌注桩海工混凝土时,试配强度不是主要解决的问题,抗氯离子渗透是关键的因素,混凝土的工作性及经济性也是必须要考虑的问题。本工程设计混凝土要求84d氯离子扩散系数≤2.5×10-12m2,因此在混凝土中掺入粉煤灰和矿粉,混凝土胶凝材料用量为430～450kgm3,选择与水泥及掺合料相容的外加剂并调整外加剂的掺量,控制适宜的水胶比0.33～0.35,并采用倒坍落度评价混凝土的工作性。5种不同比例胶凝材料的混凝土配合比见表1。4.1 粉煤灰对混凝土工作性能影响 从表2看出,在粉煤灰掺量为0和15%时,由于矿粉掺量高,混凝土较粘,和易性较差;随着粉煤灰掺量的增大,混凝土的和易性有较大的改善,其中掺40%粉煤灰4#的新拌混凝土1.5h坍落度损失最小。本试验采用倒置坍落度评价混凝土的工作性,当矿粉掺量较大(40%)时,倒坍落度时间为34s,混凝土粘度最大,从而会降低混凝土泵送性能,影响混凝土施工;掺40%粉煤灰混凝土倒坍落度时间仅15s,这说明掺入粉煤灰可以降低混凝土粘度,改善混凝土的泵送性能。4.2 粉煤灰对混凝土强度和抗氯离子渗透性能的影响 从表3试验结果看出,几组混凝土的力学性能无明显差异,均超过设计要求,其中掺40%矿粉1#28d的抗压强度60.3MPa,而由于粉煤灰的减水作用,掺40%粉煤灰4#的水胶比降到0.33,28d强度达到57.1MPa。力学试验结果表明,在混凝土中掺加40%的粉煤灰对抗压强度,无负面效应。表3中5种配合比混凝土氯离子扩散系数随矿粉掺量的增大而增大,84d的氯离子扩散系数均小于2.5×10-12m2,其中掺40%矿粉混凝土1#氯离子扩散系数最小,84d氯离子扩散系数为0.872×10-12m2,而掺40%粉煤灰4#混凝土84d氯离子扩散系数为1.13×10-12m2。抗氯离子渗透试验结果表明,仅掺入粉煤灰混凝土也具备优良的抗氯离子侵蚀能力,并且氯离子扩散系数随混凝土龄期的延长而减小。4.3 混凝土经济性评价和配比的确定 从混凝土配比经济性看,粉煤灰的价格只有矿粉的70%左右,单掺粉煤灰的配合比经济上具有较大的优势,1#与4#相比,仅粉煤灰与矿粉的价格差一项,可以节约成本几十万元,经济效益显著。从施工过程质量控制来看,只用粉煤灰一种掺合料,对海上搅拌船的原材料供应、海上搅拌船对配合比的控制也更为简便,实验室也可以减少原材料的抽检项目,间接为施工提供了方便。因此根据以上试验结果和混凝土经济性分析,4#完全能满足设计和施工要求,而性价比更优。5 应用情况 金塘跨海大桥西通航孔桥的主墩和边辅墩的桩基目前已全部完成,总灌注的混凝土量约为17500m3,均采用4#配合比。从已灌注的桩基来看,灌注过程顺利,混凝土和易性好,坍落度损失小,初凝时间长,目前已检测的桩均属I类桩,所检测混凝土抗压强度的均满足设计要求。 | |
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原作者：李顺凯,屠柳青,张国志 | |
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